GATES(皮带)同步带正时皮带传动及其在发动机的经济性

        盖茨公司动力传动部一直从事汽车皮带传动系统的研发和制造，其正时皮带传动技术处于世界***地位。基于正时皮带传动系统分别处于干燥和油雾两种环境状况下的燃油经济性和声学特性的对比研究，本文着重介绍了正时皮带传动系统相对于链传动系统在发动机燃油经济性和NVH方面的优势。

1 介绍

        目前，欧洲现***动机顶置凸轮轴的驱动，应用***为广泛的技术是同步皮带传动。近年来，盖茨公司在材料开发和传动系统优化设计等方面投入了大量的精力，研究可以达到与发动机等寿命的正时皮带传动系统。***近几年，已经有许多可以与发动机等寿命的正时皮带传动系统成功地进入了市场。

        与链传动相比，正时皮带传动有着显著的优势。比如说***的延伸性能和良好的阻尼特性，保证了正时皮带在发动机整个寿命期间都能对凸轮轴的相位进行***的控制，确保了发动机在燃油经济性和排放等方面处于***佳状态。另一个重要的方面是，皮带传动系统可以通过一条皮带同时传动其他轮系辅件如水泵和喷油泵等，这对轮系布置是个很明显的优势。

        本文主要探讨皮带传动对比于链传动的另外两个基本优势：减少摩擦损失和更佳的声学表现。

2 功能定义

        不论是正时皮带传动还是正时链传动，其主要作用都是使发动机的凸轮轴与曲轴同步运动。凸轮轴与曲轴间的任何相位误差都会导致燃油耗增加和排放恶化。两种技术的基本设计要求是一致的，都要求持久耐用、结构紧凑、静音、***、***优化的系统成本和***成本。

        汽车同步皮带是由耐热尼龙帆布、耐热合成橡胶和高拉伸模量的玻纤线绳组成的。这些材料的组合所形成的产品的特性，能够承受很大的动态冲击载荷而不造成***性的延伸和磨损。相反的，对于由很多金属连接而成的链条，其刚度高但阻尼小，因此在承受大的动态冲击载荷时必定会产生磨损或***性的延伸。链条由于长时间的磨损而产生的延伸（比皮带大10倍）对于发动机排放控制是非常不利的。在“泵喷嘴”柴油机上应用正时皮带就是一个很好的例子，对于这种高动态和高载荷的系统，链条技术是无法和正时皮带相竞争的。

        布置在松边的张紧器起到保持系统张力的作用，并且可以补偿皮带或链条在系统寿命期内的磨损与延伸。在皮带传动系统中，张力是由液压或弹簧加载装置通过采用球轴承的塑料带轮或者铁带轮提供，所有的皮带张紧装置都能够完全***于发动机的机油润滑系统工作。而链传动系统中的张力是由液压张紧器提供，并且绝大多数是通过塑料材质的摩擦导轨来施加的；链条张紧器必须直接连接到发动机的机油润滑系统。

        链传动要求所有的皮带股都有附加导轨进行导向，以减小链条股的抖动。皮带传动系统只是在皮带股很长或者皮带有可能与周围发动机零件碰到的情况下才需要增加附加惰轮。

        ***近，能在机油环境下工作的正时皮带被作为优先考虑的方案，该情况下，正时皮带被用于发动机内典型的链条环境中。这可能是出于布置上的原因，但同时也是为了充分利用皮带传动的优势，例如更佳的NVH性能以及减少摩擦损失从而改善燃油经济性。

3 试验设置

        盖茨和它在日本的兄弟公司——盖茨优霓塔亚洲，[1]在皮带传动系统和链传动系统的摩擦损失对比方面进行了一系列研究。

        在研究过程中，考虑到了张力大小或张紧轮种类等因素造成的影响，并且在两种传动系统之间进行了对比。

        另一个研究是进行了正时皮带传动和链传动在声学性能上的对比。

3.1 摩擦损失研究的试验概念

        摩擦损失研究是在一个允许安装不同气缸盖的试验台架上进行的，见图1。该试验台架包括一个电动马达，它通过皮带驱动主轴，主轴上贴有测量驱动扭矩的应变片。气缸盖安装在测试机顶部的加工平面上，凸轮轴通过驱动系统连接到主轴上。

        为了控制测试环境，在试验台架的前端面装有一个罩住整个被测试系统的加热箱，加热箱内的温度控制在100℃。

        试验台还包括一个可加热的压力机油系统，为气缸盖提供润滑，并给链传动系统的张紧器提供压力机油。机油的温度控制在100℃，实时监控机油压力并对它进行调整以模拟发动机真实机油系统的状况。

        试验机是一个三缸三气门的***机。进行的对比试验包括不同种类的张紧装置的影响，以及两种不同类型的链条——滚子链和静音链，见图2。链传动的测试是在普通工况有油润滑的环境下进行的，正时皮带传动的测试只在干燥无油的工况下进行。